JP2008020862A - 現像ローラ、現像装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】最適な量のトナーを担持し、帯電不良を防止する現像ローラ。
【解決手段】現像ローラは、周方向に対して傾斜する方向に略等間隔で形成された複数の第１の溝と、互いに平行でありかつ周方向に対して傾斜する方向に略等間隔で形成され、前記各第１の溝と交差する複数の第２の溝とが形成され、前記第１の溝と前記第２の溝はそれぞれ横断面がＵ字形状をなし、前記第１の溝と前記第２の溝とで囲まれる頂面が略平面である凸部が設けられ、前記第１の溝の幅をＡ１、前記第２の溝の幅をＢ１、前記凸部の第２溝と平行な頂面の長さをＣ１、前記凸部の第１の溝と平行な頂面の長さをＣ２としたとき、Ａ１＞Ｃ１、かつ、Ｂ１＞Ｃ２となる関係を満たし、前記第１の溝の最大深さをＤ１、前記第２の溝の最大深さをＤ２としたとき、Ｄ１<およびＤ２は、それぞれ前記トナー粒子の平均粒径の０．５〜２倍である。
【選択図】図６

Description

本発明は、現像ローラ、現像装置および画像形成装置に関する。

電子写真方式を採用するコピー、プリンタなどの画像形成装置は、帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、定着工程などの一連の画像形成プロセスによって、紙などの記録媒体上に、トナーからなる画像を形成する。
現像工程では、例えば、静電的な潜像を担持する感光体に、トナーを担持する現像ローラを接触させた状態で、帯電したトナーを現像ローラから潜像へ付与し、潜像をトナー像として可視化する。

従来、トナー等のような粉状体を付与（塗布）するものとしては、例えば、特許文献１に記載されているような現像ローラ（塗工用ロッド）が知られている。
図８（ａ）に示すように、従来の塗工用ロッド１００は、その形状がほぼ円柱形状をなしている。この塗工用ロッド１００の外周部には、互いに平行な多数の第１の溝１０１と、これらの第１の溝１０１と交差するように設けられた互いに平行な多数の第２の溝１０２とが設けられており、互いに隣接する第１の溝１０１と、互いに隣接する第２の溝１０２とにより区画された格子状の多数の凸部１０３が形成されている（図８（ｂ）および（ｃ）参照）。そして、溝（第１の溝１０１および第２の溝１０２）の横断面形状は、Ｖ字状をなしており、その深さは溝の各部で等しい（図８（ｃ）参照）。
しかしながら、このような構成の現像ローラでは、トナーを保持した時、保持するトナーの量が多すぎてしまい、帯電不良、カートリッジからのトナー漏れ、画像に濃淡ムラが発生してしまう。

特開２００２−３０１４１１号公報

本発明の目的は、最適な量のトナーを担持し、帯電不良を防止する現像ローラ、これを備える現像装置およびこれを備える画像形成装置を提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の現像ローラは、外周部にトナーを保持する現像ローラであって、
互いに平行でありかつ前記現像ローラの前記外周部の周方向に対して傾斜する方向に略等間隔で形成された複数の第１の溝と、互いに平行でありかつ前記現像ローラの外周部の周方向に対して傾斜する方向に略等間隔で形成され、前記各第１の溝と交差する複数の第２の溝とが形成され、
前記第１の溝と前記第２の溝はそれぞれ横断面がＵ字形状をなし、
前記第１の溝と前記第２の溝とで囲まれる領域に頂面が略平面である凸部が設けられ、
前記第１の溝の幅をＡ_１、前記第２の溝の幅をＢ_１、前記凸部の前記頂面の中心を通り前記第２の溝と平行な方向の前記頂面の長さをＣ_１、前記凸部の前記頂面の中心を通り前記第１の溝と平行な方向の前記頂面の長さをＣ_２としたとき、Ａ_１＞Ｃ_１、かつ、Ｂ_１＞Ｃ_２となる関係を満たし、
前記第１の溝の最大深さをＤ_１、前記第２の溝の最大深さをＤ_２としたとき、Ｄ_１およびＤ_２は、それぞれ前記トナー粒子の平均粒径の０．５〜２倍であることを特徴とする。

これにより、第１の溝と第２の溝を有するため、最適な量のトナーを搬送することができる。したがって、カートリッジからのトナー漏れを防ぐことができる。このとき、それら溝がＵ字形状をなし、溝の幅および深さがそれぞれ所定の関係を満たしているため、トナーが滑らかに転動することができ、トナーが現像ローラの外周面と接触することにより、均一に帯電することができる。したがって、かぶりを低く抑え、高画質な画像の印字が可能となる。

本発明の現像ローラでは、前記Ａ_１およびＢ_１は、それぞれ前記Ｃ_１とＣ_２との平均値に対して、１．２〜９倍であることが好ましい。
これにより、適正な量のトナーを搬送することができ、トナーの帯電性を良好にすることができる。
本発明の現像ローラでは、前記Ａ_１およびＢ_１は、隣り合う前記凸部同士の離間距離の５０〜９０％であることが好ましい。
これにより、トナーが確実に溝に収容され、適正な量のトナーを搬送することができる。

本発明の現像ローラでは、前記第１の溝と前記第２の溝は、その底面の曲率半径が、前記トナー粒子の平均粒径の０．６〜１０倍であることが好ましい。
これにより、トナーが積み重なることなく、溝の底部を滑らかに転動するため、トナーの帯電性を良好にすることができる。
本発明の現像ローラでは、隣り合う前記凸部同士の離間距離が、５０〜１００μｍであることが好ましい。
これにより、現像ローラの外周面に適切な量の凸部を設定することができる。したがって、溝から凸部、凸部から溝へとトナーが転動することにより、トナーの帯電性を良好にすることができる。

本発明の現像ローラでは、前記現像ローラの外周面において、前記第１の溝および前記第２の溝が占める面積率は、前記外周面の面積の４０〜９０％であることが好ましい。
これにより、現像ローラの外周面に適切な量の凸部を設定することができる。したがって、溝から凸部、凸部から溝へとトナーが転動することにより、トナーの帯電性を良好にすることができる。
本発明の現像ローラでは、前記現像ローラは、少なくとも外周部が金属材料で構成されていることが好ましい。
これにより、例えば転造（転写法）によって現像ローラの外周部に溝を形成するとき、当該溝を容易かつ確実に形成することができる。

本発明の現像装置は、本発明の現像ローラを備える。
これにより、信頼性の高い現像装置を得ることができる。
本発明の画像形成装置は、本発明の現像装置を備える。
これにより、信頼性の高い画像形成装置を得ることができる。

以下、本発明の現像ローラ、現像装置および画像形成装置の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の画像形成装置（第１実施形態）の概略構成を示す模式的断面図、図２は、本発明の現像装置（第１実施形態）の概略構成を示す模式的断面図である。なお、以下の説明では、図中の上側を「上」、下側を「下」という。

（画像形成装置）
まず、図１に基づいて、画像形成装置の一例としてレーザビームプリンタ（以下単に「プリンタ」と言う）１０について説明する。
図１に示すように、プリンタ１０は、潜像を担持し図中矢印方向に回転する感光体２０を有し、その回転方向（時計方向）に沿って帯電ユニット３０、露光ユニット４０、現像ユニット５０、一次転写ユニット６０および中間転写体７０、クリーニングユニット７５がこの順に配設されている。また、プリンタ１０は、図１の下部に、紙などの記録媒体Ｐ１を給紙する給紙トレイ９２を有し、該給紙トレイ９２からの記録媒体Ｐ１の搬送方向下流に向かって、二次転写ユニット８０、定着ユニット９０が順次配設されている。

感光体２０は、円筒状の導電性基材と、その外周面に形成された感光層とを有し、その軸線回りに図１中矢印方向（時計方向）に回転可能となっている。帯電ユニット３０は、コロナ帯電などにより感光体２０の表面を一様に帯電させるための装置である。
露光ユニット４０は、図示しないパーソナルコンピュータなどのホストコンピュータから画像情報を受け、これに応じて、一様に帯電された感光体２０にレーザ光を所望のパターンで照射することにより、感光体２０の外周面に静電的な潜像（静電潜像）を担持（形成）させる装置である。

現像ユニット５０は、ブラック現像装置５１、マゼンタ現像装置５２、シアン現像装置５３およびイエロー現像装置５４の４つの現像装置を有し、これらの現像装置を感光体２０上の潜像に対応して選択的に用いて、前記潜像を感光体２０上においてトナー像として可視化する装置である。ブラック現像装置５１はブラック（Ｋ）トナー、マゼンタ現像装置５２はマゼンタ（Ｍ）トナー、シアン現像装置５３はシアン（Ｃ）トナー、イエロー現像装置５４はイエロー（Ｙ）トナーを用いてそれぞれ現像を行う。

本実施形態における現像ユニット５０は、前述の４つの現像装置５１、５２、５３、５４を選択的に（所定の順序で）感光体２０に対向することができるように、回転可能となっている。具体的には、この現像ユニット５０では、軸５０ａを中心として回転可能な保持体の４つの保持部５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄにそれぞれ４つの現像装置５１、５２、５３、５４が保持されており、前記保持体の回転により、各現像装置５１、５２、５３、５４がそれらの相対位置関係を維持したまま、感光体２０に選択的に対向するようになっている。なお、各現像装置の詳細な構成については後述する。

一次転写ユニット６０は、感光体２０に形成されたトナー像を中間転写体７０に転写するための装置である。
中間転写体７０は、エンドレスのベルトで構成されており、図１に示す矢印方向に、感光体２０とほぼ同じ周速度にて回転駆動（循環）される。中間転写体７０上には、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローのうちの少なくとも１色のトナー像が担持され、例えばフルカラー画像の形成時に、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローの４色のトナー像が順次重ねて転写されて、フルカラーのトナー像が形成される。

二次転写ユニット８０は、中間転写体７０上に形成された単色やフルカラーなどのトナー像を、紙、フィルム、布等の記録媒体Ｐ１に転写するための装置である。
定着ユニット９０は、前記トナー像の転写を受けた記録媒体Ｐ１を加熱および加圧することにより、前記トナー像を記録媒体Ｐ１上に融着させて永久像として定着させるための装置である。
クリーニングユニット７５は、一次転写ユニット６０と帯電ユニット３０との間で感光体２０の表面に当接するゴム製のクリーニングブレード７６を有し、一次転写ユニット６０によって中間転写体７０上にトナー像が転写された後に、感光体２０上に残存するトナーをクリーニングブレード７６により掻き落として除去するための装置である。

次に、このように構成されたプリンタ１０の動作を説明する。
まず、図示しないホストコンピュータからの指令により、感光体２０、現像ユニット５０の各現像装置５１、５２、５３、５４に対応して設けられた後述の現像ローラ５１０（図２、図３参照）、および中間転写体７０が回転を開始する。そして、感光体２０は、回転することによって帯電ユニット３０により順次帯電される。

感光体２０上の帯電された領域は、感光体２０の回転に伴って露光ユニット４０と対向する露光位置に至り、露光ユニット４０によって、第１色目、例えばイエローＹの画像情報に応じた潜像が前記領域に形成される。
感光体２０上に形成された潜像は、感光体２０の回転に伴って現像位置に至り、イエロー現像装置５４によってイエロートナーで現像される。これにより、感光体２０上にイエロートナー像が形成される。このとき、現像ユニット５０は、イエロー現像装置５４が、前記現像位置にて感光体２０と対向している（図１参照）。

感光体２０上に形成されたイエロートナー像は、感光体２０の回転に伴って一次転写位置に至り、一次転写ユニット６０によって、中間転写体７０に転写される。具体的には、一次転写ユニット６０には、トナーの帯電極性とは逆の極性の一次転写電圧（一次転写バイアス）が印加されているため、該一時転写電圧によって感光体２０上に形成されたイエロートナー像が中間転写体７０に吸着される。なお、この間、二次転写ユニット８０は、中間転写体７０から離間している。

前述の処理と同様の処理が、第２色目、第３色目および第４色目について繰り返して実行されることにより、各画像信号に対応した各色のトナー像が、中間転写体７０に重なり合って転写される。これにより、中間転写体７０上には、フルカラートナー像が形成される。
一方、記録媒体Ｐ１は、給紙トレイ９２から、給紙ローラ９４、レジローラ９６によって二次転写ユニット８０へ搬送される。

中間転写体７０上に形成されたフルカラートナー像は、中間転写体７０の回転に伴って二次転写ユニット８０が配置された二次転写位置に至り、二次転写ユニット８０によって記録媒体Ｐ１に転写される。具体的には、二次転写ユニット８０は、中間転写体７０に押圧されるとともに二次転写電圧（二次転写バイアス）が印加されているので、該二次転写電圧によって中間転写体７０上に形成されたフルカラートナー像が、中間転写体７０および二次転写ユニット８０の間に介在する記録媒体Ｐ１に吸着されて転写される。

記録媒体Ｐ１に転写されたフルカラートナー像は、定着ユニット９０によって加熱および加圧されて記録媒体Ｐ１上に融着され、これにより定着されたトナー像が得られる。
一方、感光体２０は、一次転写位置を経過した後に、クリーニングユニット７５のクリーニングブレード７６によって、その表面に付着しているトナーが掻き落とされ、次の潜像を形成するための帯電に備える。掻き落とされたトナーは、クリーニングユニット７５内の残存トナー回収部（図示しない）に回収される。

（現像装置）
次に、現像ユニット５０の現像装置５１、５２、５３、５４について詳細に説明するが、これらは、ほぼ同一の構成であるため、以下、図２に基づき、イエロー現像装置５４を代表的に説明する。
図２に示すイエロー現像装置５４は、イエロートナーであるトナーＴを収容するハウジング５４０と、トナー担持体たる現像ローラ５１０と、この現像ローラ５１０にトナーＴを供給するトナー供給ローラ５５０と、現像ローラ５１０に担持されたトナーＴの層厚を規制する規制ブレード５６０とを有している。

ハウジング５４０は、その内部空間として形成された収容部５３０内にトナーＴを収容する。ハウジング５４０では、収容部５３０の下部に形成された開口およびその近傍において、トナー供給ローラ５５０および現像ローラ５１０が互いに圧接回転可能に支持されている。また、ハウジング５４０には、規制ブレード５６０が取り付けられていて、これが現像ローラ５１０に圧接されている。さらに、ハウジング５４０には、前記開口におけるハウジング５４０と現像ローラ５１０との間からのトナーの漏れを防止するためのシール部材５２０が取り付けられている。

現像ローラ５１０は、外周部にトナーＴを保持（担持）して、該保持されたトナーＴを感光体２０へ付与する、すなわち、保持されたトナーＴを感光体２０と対向する現像位置に搬送するものである。また、現像ローラ５１０は、軸線まわりに回転可能な円柱状物であり、本実施形態では、感光体２０の回転方向と逆の方向に回転する。
また、本実施形態では、イエロー現像装置５４による現像時に、現像ローラ５１０と感光体２０とが微小間隙をもって、非接触状態で対向する。そして、現像ローラ５１０と感光体２０との間に交番電界を印加する（以下、この状態を「電界印加状態」という）ことにより、トナーＴを現像ローラ５１０上から感光体２０へ飛翔させて、感光体２０上の潜像についての現像が行われる。

トナー供給ローラ５５０は、収容部５３０に収容されたトナーＴを現像ローラ５１０に供給する。このトナー供給ローラ５５０は、ポリウレタンフォーム等からなり、弾性変形された状態で現像ローラ５１０に圧接している。本実施形態では、トナー供給ローラ５５０は、現像ローラ５１０の回転方向と逆の方向に回転する。なお、トナー供給ローラ５５０は、収容部５３０に収容されたトナーＴを現像ローラ５１０に供給する機能を有するだけでなく、現像後に現像ローラ５１０に残存しているトナーＴを現像ローラ５１０から剥ぎ取る機能をも有している。

規制ブレード５６０は、現像ローラ５１０に担持されたトナーＴの層厚を規制するとともに、その規制時における摩擦帯電により、現像ローラ５１０に担持されたトナーＴに電荷を付与する。この規制ブレード５６０は、現像ローラ５１０の回転方向にて現像位置の上流側のシール部材としても機能している。この規制ブレード５６０は、現像ローラ５１０の軸方向に沿って当接される当接部材としてのゴム部５６０ａと、このゴム部５６０ａを支持する支持部材としてのゴム支持部５６０ｂとを有している。ゴム部５６０ａは、シリコンゴム、ウレタンゴム等を主材料として構成され、ゴム支持部５６０ｂは、ゴム部５６０ａを現像ローラ５１０側に付勢する機能も有するため、リン青銅、ステンレス等のバネ性（弾性）を有するシート状の薄板が用いられる。ゴム支持部５６０ｂは、その一端がブレード支持板金５６２に固定されている。ブレード支持板金５６２は、ハウジング５４０に取り付けられ、シール部材５２０もハウジング５４０に取り付けられる。さらに現像ローラ５１０が取り付けられた状態で、ゴム部５６０ａは、ゴム支持部５６０ｂの撓みによる弾性力によって、現像ローラ５１０に押しつけられている。
また、本実施形態では、規制ブレード５６０の現像ローラ５１０側とは逆側には、ブレード裏部材５７０が設けられ、ゴム支持部５６０ｂとハウジング５４０との間にトナーＴが入り込むことを防止するとともに、ゴム部５６０ａを現像ローラ５１０へ押圧して、ゴム部５６０ａを現像ローラ５１０に押しつけている。

本実施形態では、規制ブレード５６０の自由端部、すなわち、ブレード支持板金５６２に支持されている側とは逆側の端部は、その端縁で現像ローラ５１０に接触せずに、端縁から若干離れた部位で現像ローラ５１０に接触している。また、規制ブレード５６０は、その先端が現像ローラ５１０の回転方向の上流側に向くように配置されており、いわゆるカウンタ当接している。
なお、現像ユニット５０の現像装置５１、５２、５３の各部の構成、作用、効果も、前記現像装置５４と同様である。

（現像ローラ）
次に、図３〜図６に基づき、本発明の現像ローラ５１０について詳細に説明する。
図３は、現像ローラの概略構成を示す平面図、図４は、図３に示す現像ローラに形成された溝の拡大平面図、図５は、図４中のＡ−Ａ線断面図、図６は、図４の斜視図である。
図３に示すように、現像ローラ５１０は、円柱状の本体３００と、該本体３００の回転軸（中心軸）Ｏに沿って本体３００の両端からそれぞれ突出し、本体３００の外径より縮径した縮径部３１０とを有している。この現像ローラ５１０の本体３００は、アルミニウム、ステンレス、鉄等のような金属材料を主材料として構成されている。これにより、後述する溝２を例えば転造（転写法）によって本体３００（現像ローラ５１０）の外周部３０１に形成するとき、当該溝２を容易かつ確実に形成することができる。また、トナーＴが本体３００の外周部３０１上を搬送することで、トナーＴを効率よく帯電させることができる。
なお、本体３００の外周面３０１ａ（外周部３０１）には、必要に応じて、ニッケルメッキ、クロムメッキ等が施されていてもよい。
また、本体３００の直径は、特に限定されないが、例えば、１０〜３０ｍｍであるのが好ましく、１５〜２０ｍｍであるのがより好ましい。

図３に示すように、現像ローラ５１０の外周部３０１には、トナーＴの粒子が入る溝２が形成されている。溝２は、複数の第１の溝２１と、各第１の溝２１と交差する複数の第２の溝２２とで構成されている。
図４に示すように、複数の第１の溝２１は、互いに平行であり、それぞれ、外周部３０１の周方向に対して傾斜する方向に略等間隔で形成されている。
また、図４に示すように、複数の第２の溝２２も、複数の第１の溝２１と同様に、互いに平行であり、それぞれ、外周部３０１の周方向に対して傾斜する方向に略等間隔で形成されている。そして、本実施形態では、図４および図６に示すように、第２の溝２２は第１の溝２１と直交している。

図５に示すように、各第１の溝２１および各第２の溝２２のそれぞれには、トナー供給ローラ５５０から供給されたトナーＴの粒子が入る。そして、これら第１の溝２１および第２の溝２２のそれぞれをトナーＴが転動することにより、トナーＴが現像ローラ５１０と接触し、擦られる。これにより、トナーが均一に帯電される。
なお、第１の溝２１と第２の溝２２のそれぞれの形状は、ほぼ同一であるため、以下、第１の溝２１を代表的に説明する。

第１の溝２１は、前述したように、互いに平行であり、それぞれ、外周部３０１の周方向に対して傾斜する方向に略等間隔で形成されている。これにより、トナーＴが第１の溝２１に収容され、適正な量のトナーＴを搬送することができる。
ここで、第１の溝２１の最大幅Ａ_１は、隣り合う前記凸部同士の離間距離の５０〜９０％であることが好ましく、６０〜８０％であることがより好ましい。

第１の溝２１の幅をこのような範囲とすることで、外周面３０１ａに対して第１の溝２１の割合が多くなり、トナーＴが第１の溝２１に収容されることにより、十分なトナーＴ量を搬送することができる。また、適度な大きさの凸部３が形成され、トナーＴ粒子と現像ローラ５１０の外周面３０１ａとの接触面が大きくなる。したがって、トナーＴが外周面３０１ａを転動することにより、良好に帯電される。その結果、かぶりが少ない高画質な印字が可能となる。

第１の溝２１の最大幅Ａ_１が前記下限値よりも小さければ、第１の溝２１にトナーＴが収容され難くなって収容され、十分なトナーＴ量を搬送できない。また、トナーＴが第１の溝２１内で積み重なり、帯電が不均一となる。
一方、第１の溝２１の最大幅Ａ_１が前記上限値よりも大きければ、第１の溝２１にトナーＴが大量に収容され、トナーＴ漏れを引き起こす。また、上記好ましい範囲の場合よりも、外周面３０１ａとの接触面が小さくなり、帯電性が低下する。

第１の溝２１の最大深さＤ_１は、トナーＴの粒子の平均直径（平均粒径）の０．５倍以上、２倍以下が好ましく、等倍以上、１．５倍以下がより好ましい。かかる範囲内であれば、トナーＴが積み重なることなく、第１の溝２１にトナーＴを収容することができる。よって、外周面３０１ａとの接触によりトナーＴを適切に帯電させることができ、かぶりが少ない高画質な印字が可能となる。

第１の溝２１の最大深さＤ_１が、トナーＴの粒子の平均直径（平均粒径）の前記下限値よりも小さければ、第１の溝２１の深さが浅くなるため、トナーＴの搬送量が低下する可能性がある。また、トナーＴが外周面３０１ａと接触する割合も減少するため、帯電性が低下するおそれがある。
一方、第１の溝２１の最大深さＤ_１が、トナーＴの粒子の平均直径（平均粒径）の前記上限値よりも大きければ、第１の溝２１内をトナーＴが転動しにくくなる。よって、トナーＴの搬送性が低下し、帯電性も悪くなる。

ここで、トナーＴの平均粒径の具体的な範囲としては、例えば、１〜１０μｍであるのが好ましく、１〜７μｍであるのがより好ましい。このような平均粒径の範囲のトナーＴを用いれば、トナーＴが第１の溝２１に積み重なって収容されることがなく、外周面３０１ａ上を滑らかに転動するので、トナーＴが確実かつ均一に帯電される。
トナーＴの平均粒径が前記下限値よりも小さければ、第１の溝２１にトナーＴが積み重なって収容され、トナーＴの帯電が不均一となる。
一方、トナーＴの平均粒径が前記上限値よりも大きければ、トナーＴが適切に外周面３０１ａを転動せず、帯電性が悪くなる可能性がある。

なお、第１の溝２１の深さＤ_１と第２の溝２２の深さＤ_２とは、前記トナー粒子の平均粒径との関係を満足する限り、（第１の溝２１の深さＤ_１）＝（第２の溝２２の深さＤ_２）なる関係を満足していてもよいし、（第１の溝２１の深さＤ_１）＞（第２の溝２２の深さＤ_１）なる関係を満足していてもよいし、（第１の溝２１の深さＤ_１）＜（第２の溝２２の深さＤ_１）なる関係を満足していてもよい。本実施形態では、Ｄ_１＝Ｄ_２なる関係を満足している。これにより、現像ローラ５１０の外周面３０１ａが段差のない滑らかな形状となるため、トナーＴが当該外周面３０１ａを滑らかに転動することができる。
また、深さＤ_１と深さＤ_２との比Ｄ_２／Ｄ_１は、特に限定されないが、例えば、０．５〜２であるのが好ましく、０．８〜１．５であるのがより好ましい。これにより、現像ローラ５１０の外周面３０１ａが段差のない滑らかな形状となるため、トナーＴが当該外周面３０１ａを滑らかに転動することができる。

図５に示すように、第１の溝２１は、その断面形状がＵ字形状をなし、側面２１１と底面２１２を有する。これにより、トナーＴが滑らかに転動することができる。そして、現像ローラ５１０の外周面３０１ａとトナーＴが接触することにより、トナーＴが均一に帯電される。
また、図５に示すように、第１の溝２１のＵ字形状は、左右対称に形成されている。これにより、トナーＴ粒子の第１の溝２１への収容、離脱がスムーズに進行し、トナーＴを滑らかに搬送することができる。したがって、トナーＴが外周面３０１ａと接することにより、トナーＴを均一に帯電させることができる。

このときの第１の溝２１の底面２１２の曲率半径は、トナーＴ粒子の平均粒径の半分より大きいことが好ましく、０．６〜１０倍であることが好ましい。より具体的には、第１の溝２１の底面２１２の曲率半径は、０．５μｍよりも大きいことが好ましく、０．６〜５０μｍであることが好ましい。
これにより、トナーＴ粒子が第１の溝２１中で転動し易い溝形状となり、トナーＴと外周面３０１ａが接触することにより、トナーＴ粒子が良好に帯電される。
第１の溝２１の底面２１２の曲率半径が前記下限値よりも小さいければ、第１の溝２１にトナーＴが積み重なって収容され、トナーＴの帯電が不均一となる。
一方、第１の溝２１の底面２１２の曲率半径が前記上限値よりも大きければ、第１の溝２１内をトナーＴが滑らかに転動せず、トナーＴの帯電性が悪くなる。

第１の溝２１同士の間隔は、略等間隔で形成される。具体的には、後述するＣ_１の長さの範囲であることが好ましい。かかる範囲内であれば、外周面３０１ａに対して適度な間隔で第１の溝２１が形成され、適正な量のトナーＴを搬送することができる。また、外周面３０１ａとの接触により、トナーＴが均一に帯電される。したがって、かぶりの少ない、高画質な印字が可能となる。
第２の溝２２は、その各部の寸法、形状について、前記第１の溝２１のものと同様である。また、その作用、効果も同様である。

凸部３は、第１の溝２１と第２の溝２２とが交差することにより生じる、第１の溝２１と第２の溝２２とのそれぞれで囲まれる領域に形成される。このような領域に凸部が形成されることにより、例えば、第１の溝２１に位置するトナーＴが、現像ローラ５１０の回転に伴なって、凸部３に向って転動し、さらに、第２の溝２２に収容される。これにより、トナーＴは、現像ローラ５１０の外周面３０１ａと多く接触し、トナーＴが均一に帯電される。また、トナーＴが溝２に収用されることにより、適正なトナーＴ量を搬送することができる。
凸部３は、その頂面３１が略平面で形成され、凸部３全体として截頭錐体状の形状をなしている。頂面３１を平面とすることで、トナーＴや規制ブレードとの摩擦により表面が磨耗しにくくなり、現像ローラ５１０の性能が長期にわたり維持される。また、頂面３１をトナーＴが転動するため、トナーＴの帯電性を上げることができる。

本実施形態では、図４、図５および図６に示すとおり、頂面３１は略正四角形で形成されている。これにより、第１の溝２１と第２の溝２２を直交させるだけで当該頂面３１が得られるので、頂面３１が略正四角形である凸部３を簡便に得ることができる。
なお、凸部３は現像ローラ５１０の外周面３０１ａ上に形成されているので、その頂面３１は現像ローラ５１０の外径の曲率半径と略同程度に湾曲している。この程度の湾曲は、前記「略平面」に含まれるものとする。

凸部３の頂面３１の大きさは、第１の溝２１同士および第２の溝２２同士のそれぞれの間隔によって定まる。具体的には、凸部３の頂面３１の中心を通り第２の溝２２と平行な方向の頂面３１の長さをＣ_１としたとき、Ｃ_１は１０〜５０μｍであることが好ましく、１０〜３０μｍであることがより好ましい。
また、凸部３の頂面３１の中心を通り第１の溝２１と平行な方向の頂面３１の長さをＣ_２としたとき、Ｃ_２は１０〜５０μｍであることが好ましく、１０〜３０μｍであることがより好ましい。

Ｃ_１およびＣ_２のそれぞれを上記範囲とすることで、頂面３１が適度な大きさとなり、頂面３１をトナーＴが転動することにより効率的にトナーＴを帯電させることができる。
Ｃ_１およびＣ_２のそれぞれが前記下限値よりも小さければ、長時間の使用により規制ブレードやトナーとの摩擦で凸部が磨耗しやすくなり、トナー搬送量、帯電量を維持することができなくなる。
一方、Ｃ_１およびＣ_２のそれぞれが前記上限値よりも大きければ、外周面３０１ａに対して溝２の割合が小さくなるため、トナーＴ漏れを引き起こす。また、トナーＴと外周面３０１ａとの接触する面が上記好ましい範囲よりも小さくなるため、トナーＴの帯電性が悪くなる。
なお、凸部３の高さは、第１の溝２１の深さＤ_１および第２の溝２２の深さＤ_２と同じである。

凸部３は、隣り合う凸部３との離間距離ｄが、５０〜１００μｍであることが好ましく、６０〜９０μｍであることがより好ましい。かかる範囲内であれば、現像ローラ５１０の外周面３０１ａに適度な数の凸部３が存在することなり、適正な量のトナーＴを搬送することができる。また、第１の溝２１および／または第２の溝２２から凸部３へとトナーＴが効率よく転動することにより、現像ローラ５１０の外周面３０１ａとトナーＴが効率的に接触し、トナーＴの帯電性が良好となる。さらに、現像後に現像ローラ５１０に残存しているトナーＴを現像ローラ５１０から剥ぎ取る、リセット性にも優れる。また、現像ローラとしての機能（帯電、搬送性能）が良好であると同時に、その性能を維持する耐久性とのバランスが優れている。

隣り合う凸部３との離間距離ｄが前記下限値よりも小さければ、帯電性能は上がるが、溝幅（Ａ_１、Ｂ_１）などの条件を満足させた場合、凸部３の面積が小さくなるため摩擦により磨耗し、現像ローラ５１０として初期の性能を維持できない。
一方、隣り合う凸部３との離間距離ｄが前記上限値よりも大きければ、第１の溝２１の最大幅Ａ_１が大きくなり、トナーＴ漏れを引き起こしてしまう恐れがある。また、トナーＴと外周面３０１ａとの接触する面が上記好ましい範囲よりも小さくなるため、トナーＴの帯電性が悪くなる。

さて、図４および図６に示すように、本発明においては、第１の溝２１の最大幅をＡ_１、前記第２の溝２２の幅をＢ_１、凸部３の頂面３１の中心を通り第２の溝２２と平行な方向の頂面３１の長さをＣ_１、凸部３の頂面３１の中心を通り第１の溝２１と平行な方向の頂面３１の長さをＣ_２としたとき、Ａ_１＞Ｃ_１、かつ、Ｂ_１＞Ｃ_２となる関係を満たしていることが条件となる。
これにより、十分な量のトナーＴを搬送することができる。また、トナーＴ同士の接触する割合が少なくなり、トナーＴと外周面３０１ａの接触する割合が多くなるため、トナーＴの帯電性が良好になる。したがって、かぶりを抑えた、ムラのない高画質な印字が可能となる。

Ａ_１とＣ_１、Ｂ_１とＣ_２の関係が上記関係を満たしていなければ、十分な量のトナーＴを搬送することができない。また、トナーＴが第１の溝２１または第２の溝２２内に積み重なって収容され、トナーＴの帯電が不均一となる。
具体的には、第１の溝２１の最大幅Ａ_１および第２の溝２２の最大幅Ｂ_１は、それぞれＣ_１とＣ_２との平均値の１．２〜９倍であることが好ましく、２〜６倍であることがより好ましい。
これにより、十分な量のトナーＴを搬送することができ、かつ、トナーＴ同士の接触する割合が少なくなるため、トナーＴの帯電性が良好になる。したがって、かぶりを抑えた、ムラのない高画質な印字が可能となる。

第１の溝２１の最大幅Ａ_１および第２の溝２２の最大幅Ｂ_１のそれぞれが、Ｃ_１とＣ_２との平均値の下限値よりも小さければ、十分な量のトナーＴを搬送することができない。また、トナーＴが第１の溝２１および第２の溝２２内に積み重なって収容され、トナーＴの帯電が不均一となる。
一方、第１の溝２１の最大幅Ａ_１および第２の溝２２の最大幅Ｂ_１のそれぞれが、Ｃ_１とＣ_２との平均値の上限値よりも大きければ、第１の溝２１および第２の溝２２にトナーＴが大量に収容され、トナーＴ漏れを引き起こしてしまう恐れがある。また、トナーＴと外周面３０１ａとの接触する面が上記好ましい範囲よりも小さくなるため、トナーＴの帯電性が悪くなる。

また、第１の溝２１の最大幅Ａ_１および第２の溝２２の最大幅Ｂ_１は、それぞれトナーＴ粒子の平均粒径の２．５〜２０倍であることが好ましく、３〜１０倍であることがより好ましい。
これにより、トナーＴが第１の溝２１に確実に収容され、適正量の搬送が可能となる。また、トナーＴ粒子と現像ローラ５１０の外周面３０１ａとの接触面が大きくなり、トナーＴが良好に帯電される。

第１の溝２１の最大幅Ａ_１および第２の溝２２の最大幅Ｂ_１がそれぞれトナーＴ粒子の平均粒径の前記下限値よりも小さければ、トナーＴが第１の溝２１および第２の溝２２の幅に収容されないおそれがあり、トナーＴの帯電性が悪くなる。また、十分な量のトナーＴを搬送することができない。
一方、第１の溝２１の最大幅Ａ_１および第２の溝２２の最大幅Ｂ_１がそれぞれトナーＴ粒子の平均粒径の前記上限値よりも大きければ、トナーＴが第１の溝２１および第２の溝２２の幅に大量に収容され、トナーＴ漏れを引き起こすおそれがある。また、トナーＴと外周面３０１ａとの接触する面が上記好ましい範囲よりも小さくなるため、トナーＴの帯電性が悪くなる。

また、現像ローラ５１０の外周面３０１ａにおいて、第１の溝２１が占める（以下、溝２が形成されている部位を「溝形成部３２０」という）面積率は、外周面３０１ａの面積の４０〜９０％であるのが好ましく、６０〜８０％であるのがより好ましい。溝形成部３２０の面積率が前記範囲内の値であると、より均一かつ最適な量のトナーＴを搬送することができる。また、現像ローラ５１０とトナーＴが接触する割合が多くなるため、トナーＴの帯電性が良好となる。したがって、かぶりが少なく、ムラのない高画質な印字が可能となる。

溝形成部３２０の面積率が外周面３０１ａの面積の前記下限値より小さければ、トナーＴが外周面３０１ａと接触する面が小さくなり、トナーＴの帯電性が悪くなる。また、外周面３０１ａに対して溝２の割合が小さいので、十分な量のトナーＴを搬送することができない。
一方、溝形成部３２０の面積率が外周面３０１ａの面積の前記上限値より大きければ、第１の溝２１から凸部３へと転動する割合が少なくなるため、トナーＴの帯電性が悪くなる。また、トナーＴと外周面３０１ａとの接触する面が上記好ましい範囲よりも小さくなるため、トナーＴの帯電性が悪くなる。

以上のように、本発明の現像ローラは、互いに交差する第１の溝２１と第２の溝２２とを有するため、トナーＴを収容し、搬送することができる。このとき、Ｄ_１とＤ_２とがトナーＴの平均粒径の１／２〜２倍であるため、トナーＴが溝２内で積み重なることなく転動する。また、断面形状が左右対称のＵ字形状をなしているため、トナーＴの転動が滑らかに進行し、溝２からトナーＴが離脱する。そして、離脱したトナーＴは、凸部３の略平面状の頂面３１を転動し、再度溝２に収容される。さらに、第１の溝２１の幅と第２の溝２２の幅とがそれぞれ所定の関係を満たしているため、トナーＴの外周面ａとの接触面が大きくなり、トナーＴを均一かつ良好に帯電させることができる。したがって、かぶりが少なく、ムラのない高画質な画像の印字が可能となる。
なお、図５、図６では、第１の溝２１および第２の溝２２は、それぞれほぼ同じＵ字形状をなしていたが、それそれ、異なるＵ字形状であってもよい。例えば、第１の溝２１は半円形状であるが、第２の溝２２は半楕円形状であってもよい。また、第１の溝２１または第２の溝２２の一部の部位のＵ字形状が他の部位のＵ字形状と異なっていてもよい。

＜第２実施形態＞
図７は、現像ローラ５１０に形成された溝２の拡大平面図である。
以下、この図を参照して本発明の現像ローラ５１０の第２実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態は、凸部３の形状、第１の溝２１と第２の溝２２との交わる角度が第１実施形態と相違している。

図７に示すように、凸部３の頂面３１は菱形の略平面形状となっている。すなわち、複数の第１の溝２１と複数の第２の溝２２とが、直交しないで交差している。このときの第１の溝２１と第２の溝２２とが交わる角度θは、２０〜１３５°であることが好ましく、４５〜９０°であることがより好ましい。第１の溝２１と第２の溝２２の交わる角度をこのような角度にすることで、菱形の頂面３１が得られ、単位格子辺りのトナーの移動距離が増加する。そして、第１実施形態の場合（直交の場合）よりも、トナーＴが凸部３に引っかからず、より滑らかに転動する。そのため、トナーＴが現像ローラ５１０の外周面３０１ａとより効率良く接することにより、トナーＴの帯電性がより良好となる。したがって、よりかぶりが少なく、ムラのない高画質な印字を実現できる。

以上、本発明の現像ローラ、現像装置および画像形成装置を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、現像ローラ、現像装置および画像形成装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
また、本発明の現像ローラ、現像装置および画像形成装置は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

１．現像装置の製造
（実施例１）
［１．１］現像ローラの製造
ＳＴＫＭ１１Ａで構成された現像ローラの外周面を、所定の形状となるように転造し、その後その表面にＮｉＰメッキをした。これにより、深さ７μｍの第１の溝と、深さ７μｍの第２の溝とを有する現像ローラを製造した。
なお、各溝の最大幅（Ａ_１、Ｂ_１）、凸部の頂面の大きさ（Ｃ_１、Ｃ_２）、曲率半径、凸部離間距離（ｄ）などは表１中に示した。
［１．２］現像装置の製造
この現像ローラを組み込んだ図２に示す構造の現像装置を製造した。
［１．３］画像形成装置の製造
この現像装置を組み込んだ図１に示す構造の画像形成装置を製造した。

（実施例２）〜（実施例１９）
実施例１において、現像ローラの溝の最大幅や凸部の大きさなどの条件を表１に示すように変えた以外は、実施例１と同様に行い、画像形成装置を製造した。
（比較例１）〜（比較例６）
実施例１において、現像ローラの溝の最大幅や凸部の大きさなどの条件を表１に示すように変えた以外は、実施例１と同様に行い、画像形成装置を製造した。

２．評価
以上のようにして得られた各現像ローラについて、帯電特性、トナー漏れ性の評価を、下記の方法により行った。なお、用いたトナーは、平均粒径は５μｍのポリエステル系樹脂の組成のものを用いた。
［２．１］帯電特性
実施例１〜１９、比較例１〜６で得られた画像形成装置において、印字途中で画像形成装置を停止させ、カートリッジを取り外した。そして、粉黛帯電量分布測定装置（ホソカワミクロン社製、E-spart analyzer）を用いて、帯電量分布を測定した。その結果から、帯電量を求めた。
帯電量については、初期帯電量と、３００００枚印字後の帯電量について求めた。そして、以下の４段階の基準に従い評価した。
◎：初期帯電量からの変化量（絶対値）が３μＣ／ｇ以上。
○：初期帯電量からの変化量（絶対値）が１μＣ／ｇ以上３μＣ／ｇ未満。
△：初期帯電量からの変化量（絶対値）が０．５μＣ／ｇ以上１μＣ／ｇ未満。
×：初期帯電量からの変化量（絶対値）が０．５μＣ／ｇ未満。

［２．２］トナー漏れ性
実施例１〜１９、比較例１〜６で得られた画像形成装置において、まず使用初期のトナー漏れ性を確認し、以下の４段階の基準に従い評価した。次に、印字途中で画像形成装置を停止させ、カートリッジを取り外した（３００００枚印字後）。そのときのカートリッジからのトナー漏れの有無を目視で確認し、以下の４段階の基準に従い評価した。
◎：トナー漏れが全く認められなかった。
○：トナー漏れがわずかに認められた。
△：トナー漏れが認められた。
×：トナー漏れが顕著に認められた。
これらの結果を表１にまとめて示した。なお、表１中、Ａ_１＞Ｃ_１、Ｂ_１＞Ｃ_２の条件の○は当該条件を満たすことを意味し、×は当該条件を満たさないことを示す。

表１から明らかなように、本発明の現像ローラは、いずれも、帯電特性およびトナー漏れ性に優れていた。
特に実施例１〜５では、第１の溝と、第２の溝の最大深さがトナー平均粒径の０．５〜２倍の範囲内であるため、帯電特性、トナー漏れ性に特に優れていた。
また、実施例９〜１３では、第１の溝と、第２の溝の底面の曲率半径がトナー平均粒径の０．６〜１０倍の範囲内であるため、帯電特性、トナー漏れ性に特に優れていた。
また、実施例１５〜１７では、隣り合う凸部同士の離間距離が５０〜１００μｍであるため、帯電特性、トナー漏れ性に特に優れていた。
また、実施例６〜８、１４、１８、１９では、Ａ_１＞Ｃ_１かつＢ_１＞Ｃ_２の関係を満たし、第１の溝および第２の溝の最大深さが、トナー平均粒径の０．５〜２倍の範囲内であるため、トナー漏れ性はわずかに認められたものの、帯電特性に優れていた。

これに対して、比較例のトナーでは、本発明の所定の条件を満たしていないので、帯電特性およびトナー漏れ性いずれも実施例に劣るものであった。
特に、比較例１、２は、第１の溝および第２の溝の最大深さが、トナー平均粒径の０．５〜２倍の範囲外であるため、帯電特性に劣っていた。
また、比較例３〜６では、Ａ_１＞Ｃ_１かつＢ_１＞Ｃ_２の関係を満たしていないため、帯電特性、トナー漏れ性のいずれも劣っていた。

本発明の画像形成装置の概略構成を示す模式的断面図である。 本発明の現像装置の概略構成を示す模式的断面図である。 本発明の現像ローラの概略構成を示す平面図である。 図３に示す現像ローラに形成された溝の拡大平面図である。 図４中のＡ−Ａ線断面図である。 図３に示す現像ローラに形成された溝の拡大斜視図である。 本発明の現像ローラに形成された溝の拡大平面図である。 従来の塗工用ロッドの概略構成を示す図であり、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、塗工用ロッドの外周部に形成された溝の配置を示す拡大図、（ｃ）は、外周部に形成された溝の形状を示す断面図である。

符号の説明

１０……プリンタ ２……溝 ２１……第１の溝 ２１１……側面 ２１２……底面 ２２……第２の溝 ２０……感光体 ３……凸部 ３１……頂面 ３０……帯電ユニット ３００……本体 ３０１……外周部 ３０１ａ……外周面 ３１０……縮径部 ３２０……溝形成部 ４０……露光ユニット ５０……現像ユニット ５０ａ……軸 ５１……ブラック現像装置 ５２……マゼンタ現像装置 ５３……シアン現像装置 ５４……イエロー現像装置 ５５ａ〜５５ｄ……保持部 ５１０……現像ローラ ５２０……シール部材 ５３０……収容部 ５４０……ハウジング ５５０……トナー供給ローラ ５６０……規制ブレード ５６０ａ……ゴム部 ５６０ｂ……ゴム支持部 ５６２……ブレード支持板金 ５７０……ブレード裏部材 ６０……一次転写ユニット ７０……中間転写体 ７５……クリーニングユニット ７６……クリーニングブレード ８０……二次転写ユニット ９０……定着ユニット ９２……給紙トレイ ９４……給紙ローラ ９６……レジローラ １００……塗工用ロッド １０１……第１の溝 １０２……第２の溝 １０３……凸部 Ｐ１……記録媒体 Ｔ……トナー Ｏ……回転軸（中心軸）

Claims (9)

1. 外周部にトナーを保持する現像ローラであって、
   互いに平行でありかつ前記現像ローラの前記外周部の周方向に対して傾斜する方向に略等間隔で形成された複数の第１の溝と、互いに平行でありかつ前記現像ローラの外周部の周方向に対して傾斜する方向に略等間隔で形成され、前記各第１の溝と交差する複数の第２の溝とが形成され、
   前記第１の溝と前記第２の溝はそれぞれ横断面がＵ字形状をなし、
   前記第１の溝と前記第２の溝とで囲まれる領域に頂面が略平面である凸部が設けられ、
   前記第１の溝の幅をＡ_１、前記第２の溝の幅をＢ_１、前記凸部の前記頂面の中心を通り前記第２の溝と平行な方向の前記頂面の長さをＣ_１、前記凸部の前記頂面の中心を通り前記第１の溝と平行な方向の前記頂面の長さをＣ_２としたとき、Ａ_１＞Ｃ_１、かつ、Ｂ_１＞Ｃ_２となる関係を満たし、
   前記第１の溝の最大深さをＤ_１、前記第２の溝の最大深さをＤ_２としたとき、Ｄ_１およびＤ_２は、それぞれ前記トナー粒子の平均粒径の０．５〜２倍であることを特徴とする現像ローラ。
2. 前記Ａ_１およびＢ_１は、それぞれ前記Ｃ_１とＣ_２との平均値に対して、１．２〜９倍である請求項１に記載の現像ローラ。
3. 前記Ａ_１およびＢ_１は、隣り合う前記凸部同士の離間距離の５０〜９０％である請求項１または２に記載の現像ローラ。
4. 前記第１の溝と前記第２の溝は、その底面の曲率半径が、前記トナー粒子の平均粒径の０．６〜１０倍である請求項１ないし３のいずれかに記載の現像ローラ。
5. 隣り合う前記凸部同士の離間距離が、５０〜１００μｍである請求項１ないし４のいずれかに記載の現像ローラ。
6. 前記現像ローラの外周面において、前記第１の溝および前記第２の溝が占める面積率は、前記外周面の面積の４０〜９０％である請求項１ないし５のいずれかに記載の現像ローラ。
7. 前記現像ローラは、少なくとも外周部が金属材料で構成されている請求項１ないし６のいずれかに記載の現像ローラ。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の現像ローラを備える現像装置。
9. 請求項８に記載の現像装置を備える画像形成装置。

Images